三華李-木瓜復合果醋的發酵工藝研究

蘇彩榮，余森艷，黎蘭明，李秀秀，覃瑤雙，農天霸

（廣西民族師范學院化學與生物工程學院，廣西 崇左 532200）

0 引言

三華李屬薔薇科李屬，主要在廣東、廣西等地區種植，廣西最大的三華李生產基地是賀州市八步區[1]。成熟的三華李外觀呈圓形，果肉呈紫紅色，肉厚核小、脆甜可口、風味獨特。三華李富含礦物質、維生素、有機酸等多種營養物質，此外還含有鈣、鐵、磷、核黃素、維C、多酚類物質和類胡蘿卜素[2]。三華李主要用于鮮食，在華南地區盛行將三華李做成酸嘢，部分加工成果脯[3]、果汁飲料[4]等產品，但將其用于果醋釀造還鮮有報道。木瓜屬番木瓜科番木瓜屬，廣西是我國木瓜的主要產區，果實為橙色或橙紅色，果肉多汁味甜，含有豐富的蛋白質、維生素、有機酸等多種成分，也含有豐富的超氧化物歧化酶，具有抗衰老、抗癌、防輻射等作用，是兼具營養價值與藥用價值的水果之一[5]。

果醋是一種以水果或者多種水果加工下腳料為主要原料，經過酒精發酵和醋酸發酵2 段發酵工藝釀造而成的酸性飲品[6-7]。果醋營養豐富、風味優良，具有促消化、抗氧化、促進新陳代謝、調節酸堿平衡和降血脂等功效[8-10]，是集營養、保健、食療等功能為一體的新型飲品[11]。三華李與木瓜均不耐貯藏，鮮銷有限，將2 種原料結合制成三華李-木瓜復合果醋，既能滿足消費者對健康果醋飲品的追求，增加復合果醋的花色品種，又可突破水果盛產帶來的“鮮銷瓶頸”，提升三華李和木瓜的經濟附加值，培育和拉動三華李與木瓜產業的健康可持續發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

三華李、木瓜，購自崇左農貿市場；果酒酵母、綿白糖，安琪酵母（崇左） 有限公司提供；果醋菌，煙臺帝伯士自釀有限公司提供；75%食用酒精，河南漢永酒精有限公司提供；0.05 mol/L 氫氧化鈉標準滴定溶液，飛凈生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

JYZ-E3C 型榨汁機，九陽股份有限公司產品；LRH-400A 型生化培養箱，廣東泰宏君科學儀器股份有限公司產品；YP5002 型電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司產品；PAL-1 型手持糖度計，深圳市卓越儀器儀表有限公司產品；酒精計，浙江力辰儀器科技有限公司產品；HWS-26 型電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學儀器有限公司產品；BD-320HEM型冰箱，青島海爾特種電冰柜有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

①三華李→清洗→去核→切塊→熱燙→三華李果漿；

②木瓜→清洗→去籽→切塊→熱燙→打漿→木瓜漿；

①+②→調配→調糖→殺菌、冷卻→酒精發酵→過濾→調整酒精度→過濾→殺菌→成品。

1.3.2 操作要點

（1） 三華李果漿的制備。挑選成熟適度、無霉變腐爛的新鮮市售三華李，經清洗、去核、切塊后熱燙90 s，再按三華李與水質量比1∶1 打漿，獲得三華李果漿備用。

（2） 木瓜漿的制備。選擇八、九成熟的新鮮木瓜，清洗、去籽、切塊后熱燙90 s，以鈍化木瓜蛋白酶活性，再按木瓜與水質量比1∶1 打漿，獲得木瓜漿備用。

（3） 調配、調糖。將制備好的三華李果漿、木瓜漿按照一定的質量比例混合，再用綿白糖調整初始糖度至適宜范圍。

（4） 殺菌、冷卻。將調糖后的三華李-木瓜復合果漿于100 ℃條件下滅菌5 min，冷卻備用。

（5） 酒精發酵。通過前期試驗確定三華李-木瓜復合果酒發酵的條件為三華李果漿與木瓜漿的質量比例1∶1，酵母添加量0.3%，發酵溫度27 ℃，初始糖度22%，發酵時間5 d，在此條件下發酵所得的三華李-木瓜復合果酒具有較好的風味，酒體呈橙色，酒香濃郁、醇厚爽口。

（6） 調整酒精度。利用酒精計測定酒精度，將復合果酒用無菌水及食用酒精調整到醋酸發酵所需要的酒精度。

（7） 醋酸發酵。在調整酒精度的三華李-木瓜復合果酒中加入果醋菌，敞口靜置進行醋酸發酵，每天攪拌2～3 次，以提高溶氧量。

（8） 殺菌。將發酵結束的三華李-木瓜復合果醋過濾后于95～100 ℃條件下殺菌約10 min，然后迅速冷卻至常溫。

1.4 醋酸發酵單因素試驗設計

以初始酒精度、果醋菌添加量、發酵溫度及發酵時間4 個因素進行醋酸發酵階段的單因素試驗，設計各因素水平為初始酒精度6%，7%，8%，9%，10% （V/V）；果醋菌添加量1%，2%，3%，4%，5%；發酵溫度30，32，34，36，38 ℃；發酵時間5，7，9，11，13 d。當研究其中1 個因素時，其余的3 個因素取各水平的中間值，以總酸為指標，研究這4 個因素對醋酸發酵的影響。

1.5 醋酸發酵工藝優化響應面優化試驗

在醋酸發酵單因素試驗的基礎上，以Y 總酸（以乙酸計，質量濃度g/100 mL） 為響應值，根據Box-benhnken 設計原理，以初始酒精度（A）、果醋菌添加量（B）、發酵溫度（C）、發酵時間（D） 為因素設計四因素三水平的響應面試驗，確定復合果醋的最佳發酵工藝條件。

1.6 數據處理與分析

利用Origin2021 軟件完成單因素試驗作圖，運用Design Expert 8.0.6 軟件完成響應面試驗作圖及數據處理與分析。

1.7 理化成分測定

酒精度的測定：使用酒精計測定。

糖度的測定：使用手持糖度計測定。

總酸測定：采用酸堿滴定法（以乙酸計，參照GB 12456—2021 食品安全國家標準食品中總酸的測定）。

2 結果與分析

2.1 醋酸發酵最佳工藝條件的確定

2.1.1 初始酒精度的確定

初始酒精度對醋酸發酵的影響見圖1。

圖1 初始酒精度對醋酸發酵的影響

由圖1 可知，三華李-木瓜復合果醋產品的總酸含量在初始酒精度為6%～9%（V/V） 范圍內呈升高的趨勢；當初始酒精度超過9%（V/V） 時，總酸含量開始下降。這可能是因為酒精度過高會抑制果醋菌的生長代謝，降低其活力，導致發酵結束時總酸的含量偏低[12]。可見，酒精度的高低會影響總酸產量。因此，選擇該因素進行響應面試驗的3 個水平為8%，9%，10%（V/V）。

2.1.2 果醋菌添加量的確定

果醋菌添加量對醋酸發酵的影響見圖2。

圖2 果醋菌添加量對醋酸發酵的影響

由圖2 可知，當果醋菌添加量為3%時，總酸含量達到最大；果醋菌添加量為1%～3%時，總酸含量逐漸升高，超過3%時，總酸含量開始降低。原因可能是果醋菌添加量較低時，菌體生長速度慢，發酵液中的酒精不能在短時間內盡快轉化為醋酸[13]。當果醋菌添加量在適當的范圍內及溶氧量大時，有利于醋酸的產生，而果醋菌添加量過多時，一方面果醋菌的生長繁殖會消耗過多的營養物質；另一方面會導致溶氧量降低使醋酸生成量下降[14]。因此，選擇該因素進行響應面試驗的3 個水平為2%，3%，4%。

2.1.3 發酵溫度的確定

發酵溫度對醋酸發酵的影響見圖3。

圖3 發酵溫度對醋酸發酵的影響

由圖3 可知，發酵溫度低于34 ℃時，總酸含量隨發酵溫度增加而升高；當發酵溫度超過34 ℃時，總酸含量呈下降趨勢。這可能是因為適宜的溫度有利于果醋菌生長繁殖和產酸；當發酵溫度偏低或偏高時，果醋菌的酶活性被抑制，酒精轉化為醋酸的能力下降[15]。因此，選擇該因素進行響應面試驗的3個水平為32，34，36 ℃。

2.1.4 發酵時間的確定

發酵時間對醋酸發酵的影響見圖4。

圖4 發酵時間對醋酸發酵的影響

由圖4 可知，三華李-木瓜復合果醋在發酵過程中，總酸含量隨著發酵時間的延長呈先升高后緩慢降低的趨勢，當發酵時間為9 d 時總酸含量達到最高。發酵初期總酸含量低，這可能是因為發酵時間太短，發酵不充分，隨著時間的推移，發酵液的總酸含量趨于平緩，表明醋酸發酵基本結束[16]。因此，選擇該因素進行響應面試驗的3 個水平為9，11，13 d。

2.2 醋酸發酵工藝響應面法優化試驗結果與分析

根據Box-behnken 中心組合試驗設計原理[17]，在醋酸發酵單因素試驗基礎上，設計醋酸發酵響應面試驗因素水平（見表1），并以Y總酸為響應值，進行四因素三水平的響應面試驗設計（見表2） 和回歸分析與結果（見表3）。

表1 醋酸發酵響應面試驗因素與水平設計

表2 醋酸發酵響應面試驗方案及結果

表3 回歸分析與結果

醋酸發酵響應面試驗因素與水平設計見表1，醋酸發酵響應面試驗方案及結果見表2，回歸分析與結果見表3。

利用Design Expert 8.0.6 軟件進行回歸分析，得到的回歸方程式為：

由表3 可知，模型的p＜0.000 1＜0.01，表明模型方程極顯著，說明試驗方法可行可靠；失擬項p=0.312 5＞0.05，失擬項不顯著，說明該模型的擬合度較好，該方程能夠很好地反映初始酒精度、果醋菌添加量、發酵溫度、發酵時間和總酸之間的準確關系，可以利用回歸方程式得出三華李-木瓜復合果醋的最佳工藝條件，回歸分析結果顯示R2=0.956 9，R2Adj=0.913 8，兩者相差＜0.2，說明預測值與真實值有很好的相關性。一次項A對總酸有極顯著影響，C對總酸有顯著影響；交互項BD對總酸有極顯著影響，AC、BC對總酸有顯著影響；二次項A2，B2，C2，D2對總酸有極顯著影響，其他各因素對總酸影響不顯著（p＞0.05）。

2.3 三華李-木瓜復合果醋工藝優化響應面圖

從Design Expert 8.0.6.1 響應面分析軟件中得到兩兩因素間的三維響應曲面圖。曲面圖可直接反映各因素交互作用對果醋總酸的影響，曲面的坡度越陡，說明該因素對果醋發酵過程的影響越大[18-19]。

各因素交互作用對總酸影響的曲面圖見圖5。

圖5 各因素交互作用對總酸影響的曲面圖

由圖5 可知，總體上，總酸含量隨著4 個因素的增加先上升后下降，初始酒精度、果醋菌添加量、發酵溫度和發酵時間4 個因素之間存在交互作用。其中，總酸含量受果醋菌添加量和發酵時間交互作用強，對總酸的影響極顯著；初始酒精度和發酵溫度、果醋菌添加量和發酵溫度的交互作用較強，對總酸的影響顯著。

2.4 驗證試驗

根據響應面分析試驗，結合回歸方程分析得出優化的三華李-木瓜復合果醋最佳發酵工藝條件為初始酒精度9.26%（V/V），果醋菌添加量2.98%，發酵溫度33.62 ℃，發酵時間11.12 d，在該預測條件下，果醋的總酸為5.07 g/100 mL。為了驗證試驗，使結果更準確，根據實際情況，對響應面試驗得出的最佳工藝條件進行如下調整：初始酒精度9%（V/V），果醋菌添加量3%，發酵溫度34 ℃，發酵時間11 d，在此發酵工藝條件下重復三華李-木瓜復合果醋發酵3 次，得出三華李-木瓜復合果醋的平均總酸為5.17 g/100 mL，該值與預測值接近，兩者之間的相對誤差只有0.2%，說明該模型能夠很好地反映三華李-木瓜復合果醋發酵的實際情況，因此使用該方法分析三華李-木瓜復合果醋得到的數據是可靠的。

3 結論

以三華李和木瓜為原料，依次進行酒精發酵與醋酸發酵，通過單因素試驗和響應面分析試驗，對三華李-木瓜復合果醋在醋酸發酵過程中的主要工藝參數進行優化，得出復合果醋的最佳發酵工藝條件為初始酒精度9%（V/V），果醋菌添加量3%，發酵溫度34 ℃，發酵時間11 d，在該條件下，果醋的總酸含量達到5.17 g/100 mL，產品的色澤呈棕紅色，透明澄清、酸味柔和、果香協調。三華李-木瓜復合果醋的研發既可延伸三華李與木瓜的加工產業鏈，提升三華李和木瓜的經濟附加值，又可增加果醋花色品種，為果醋產業健康發展提供一定的理論參考。